Abstract Hard carbons (HCs) are promising anodes of sodium‐ion batteries (SIBs) due to their high capacity, abundance, and low cost. However, the sodium storage mechanism of HCs remains unclear with no consensus in the literature. Here, based on the correlation between the microstructure and Na storage behavior of HCs synthesized over a wide pyrolysis temperature range of 600–2500 °C, an extended “adsorption–insertion” sodium storage mechanism is proposed. The microstructure of HCs can be divided into three types with different sodium storage mechanisms. The highly disordered carbon, with d 002 (above 0.40 nm) large enough for sodium ions to freely transfer in, has a “pseudo‐adsorption” sodium storage mechanism, contributing to sloping capacity above 0.1 V, together with other conventional “defects” (pores, edges, heteroatoms, etc.). The pseudo‐graphitic carbon ( d ‐spacing in 0.36–0.40 nm) contributes to the low‐potential (<0.1 V) plateau capacity through “interlayer insertion” mechanism, with a theoretical capacity of 279 mAh g −1 for NaC 8 formation. The graphite‐like carbon with d 002 below 0.36 nm is inaccessible for sodium ion insertion. The extended “adsorption–insertion” model can accurately explain the dependence of the sodium storage behavior of HCs with different microstructures on the pyrolysis temperature and provides new insight into the design of HC anodes for SIBs.

We developed cell-free implants, comprising carbodiimide crosslinked recombinant human collagen (RHC), to enable corneal regeneration by endogenous cell recruitment, to address the worldwide shortage of donor corneas. Patients were grafted with RHC implants. Over four years, the regenerated neo-corneas were stably integrated without rejection, without the long immunosuppression regime needed by donor cornea patients. There was no recruitment of inflammatory dendritic cells into the implant area, whereas, even with immunosuppression, donor cornea recipients showed dendritic cell migration into the central cornea and a rejection episode was observed. Regeneration as evidenced by continued nerve and stromal cell repopulation occurred over the four years to approximate the micro-architecture of healthy corneas. Histopathology of a regenerated, clear cornea from a regrafted patient showed normal corneal architecture. Donor human cornea grafted eyes had abnormally tortuous nerves and stromal cell death was found. Implanted patients had a 4-year average corrected visual acuity of 20/54 and gained more than 5 Snellen lines of vision on an eye chart. The visual acuity can be improved with more robust materials for better shape retention. Nevertheless, these RHC implants can achieve stable regeneration and therefore, represent a potentially safe alternative to donor organ transplantation.

Nanocarbons doped with nitrogen (N) and/or metal-N coordination structures hold great promise in replacing Pt for catalyzing the oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells. The lack of clear views on the natures of ORR active sites in these materials has hindered the progress in reducing their activity gap to Pt through a rational desire of doping structures. Using 14 types of N and Fe–N doping structures in graphene as model systems, systematic density-functional-theory (DFT) calculations are performed within a unified electrochemical thermodynamic framework and the same reaction mechanism to gain insights into ORR active sites in doped nanocarbons. Scaling relations are obtained between the calculated adsorption free energy of key ORR intermediates at surface sites associated with various graphene doping structures. Reaction free energy analysis indicates that the proton–electron transfer coupled O2 adsorption and/or reduction of adsorbed hydroxyl group (*OH) are the activity-determining steps in the ORR on most doped graphenes and that the ORR activity of various graphene doping structures can be described with a single thermodynamic descriptor, namely, the adsorption free energy of *OH (ΔG*OH). A model volcano plot of ORR activity as a function of ΔG*OH is established for active sites in doped graphenes, which indicates that the surface sites associated with a few edge N-doping structures, such as armchair graphitic N, zigzag pyridinic N, and zigzag pyridinic N oxide, offer optimized binding strength of oxygenated species for catalyzing the ORR. Some other structures, such as in-plane graphitic N and the Fe–N4 complex and hydrogenated zigzag pyridinic N, are also expected to form ORR activity sites. The possible electronic structure origin of the differing binding strength of oxygenated species on various graphene doping structures is analyzed in terms of the density of pz states near the Fermi level of active carbon atoms. These results may serve as guidance for designing ORR electrocatalysts of doped nanocarbons. Especially, it is revealed that merely N doping indeed can produce highly active electrocatalytic sites for the ORR in nanocarbons.

The dynamic collision behavior of the electro-oxidation of single Ag nanoparticles is observed at Au microelectrodes using stochastic single-nanoparticle collision amperometry. Results show that an Ag nanoparticle collision/oxidation event typically consists of a series of 1 to ∼10 discrete "sub-events" over an ∼20 ms interval. Results also show that the Ag nanoparticles typically undergo only partial oxidation prior to diffusing away from the Au electrode into the bulk solution. Both behaviors are characterized and shown to exist under a variety of experimental conditions. These previously unreported behaviors suggest that nanoparticle collision and electro-dissolution is a highly dynamic process driven by fast particle-electrode interactions and nanoparticle diffusion.

Abstract Transcriptional regulation is a complex process that is controlled by a variety of factors, including enhancers and silencers. Silencers, also known as repressor elements, play a crucial role in the fine-tuning of gene expression by inhibiting or suppressing transcription in the human genome. Although significant progresses have been made, genome-wide silencer research is still in its early stages. Here, we used a genome-wide method called massively parallel reporter assays (MPRAs) to identify silencers in three human cell lines: K562, LNCap, and HEK293T. We identified 739,434, 643,484, and 491,952 silencer regions in these cell lines, respectively. We found that most of the silencers we identified had inhibitory activity and significantly enriched inhibitory motifs. These results confirm that silencers are ubiquitous in the human genome and play an important role in regulating gene expression. Therefore, our study provides a general strategy for genome-wide functional identification of silencer elements. This information could be used to better understand the mechanisms of gene regulation and to develop new therapeutic strategies for diseases that are caused by dysregulation of gene expression.

Cis-regulatory elements (CREs) play a pivotal role in orchestrating interactions with trans-regulatory factors such as transcription factors, RNA-binding proteins, and noncoding RNAs. These interactions are fundamental to the molecular architecture underpinning complex and diverse biological functions in living organisms, facilitating a myriad of sophisticated and dynamic processes. The rapid advancement in the identification and characterization of these regulatory elements has been marked by initiatives such as the Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) project, which represents a significant milestone in the field. Concurrently, the development of CRE detection technologies, exemplified by massively parallel reporter assays, has progressed at an impressive pace, providing powerful tools for CRE discovery. The exponential growth of multimodal functional genomic data has necessitated the application of advanced analytical methods. Deep learning algorithms, particularly large language models, have emerged as invaluable tools for deconstructing the intricate nucleotide sequences governing CRE function. These advancements facilitate precise predictions of CRE activity and enable the de novo design of CREs. A deeper understanding of CRE operational dynamics is crucial for harnessing their versatile regulatory properties. Such insights are instrumental in refining gene therapy techniques, enhancing the efficacy of selective breeding programs, pushing the boundaries of genetic innovation, and opening new possibilities in microbial synthetic biology.

Alkyl phosphonates are important motifs in medicinal chemistry, yet their efficient synthesis by direct C(sp3)–H functionalization remains a challenge. Here, we report straightforward access to benzylic phosphonates by direct C(sp3)–H functionalization in a cross‐dehydrogenative‐coupling reaction between non‐specialized alkylarenes and unfunctionalized phosphites. Notably, the C–H substrates are used as the limiting reagents. The scope of benzylic C–H substrates is broad, and the mild reaction conditions allow for good functional group tolerance. Mechanistic studies indicate that the reaction proceeds via a radical pathway rather than the cationic pathway followed for specialized benzylic C–H substrates in previous methods.

Chinese indigenous pigs differ significantly from Western commercial pig breeds in phenotypic and genomic characteristics. Thus, building a high-quality reference genome for Chinese indigenous pigs is pivotal to exploring gene function, genome evolution and improving genetic breeding in pigs. Here, we report an ultrahigh-quality phased chromosome-scale genome assembly for a male Luchuan pig, a representative Chinese domestic breed, by generating and combining data from PacBio Sequel reads, Illumina paired-end reads, high-throughput chromatin conformation capture and BioNano optical map. The primary assembly is ~ 2.58 Gb in size with contig and scaffold N50s of 18.03 Mb and 140.09 Mb, respectively. Comparison between primary assembly and alternative haplotig reveals numerous haplotype-specific alleles, which provide a rich resource to study the allele-specific expression, epigenetic regulation, genome structure and evolution of pigs. Gene enrichment analysis indicates that the Luchuan-specific genes are predominantly enriched in Gene Ontology terms for phosphoprotein phosphatase activity, signaling receptor activity and phosphatidylinositol binding. We provide clear molecular evolutionary evidence that the divergence time between Luchuan and Duroc pigs is dated back to about 1.7 million years ago. Meanwhile, Luchuan exhibits fewer events of gene family expansion and stronger gene family contraction than Duroc. The positively selected genes (PSGs) in Luchuan pig significantly enrich for protein tyrosine kinase activity, microtubule motor activity, GTPase activator activity and ubiquitin-protein transferase activity, whereas the PSGs in Duroc pig enrich for G-protein coupled receptor activity. Overall, our findings not only provide key benchmark data for the pig genetics community, but also pave a new avenue for utilizing porcine biomedical models to study human health and diseases.